คุณคงรู้ว่าทุกอย่างนั้นประกอบขึ้นจากอะตอม
และอะตอมนั้น
มันก็เป็นอนุภาคที่เล็กแสนจะเล็ก
ทุกอะตอมมีแกนกลาง
ซึ่งประกอบขึ้นจาก
อนุภาคประจุบวกหนึ่งอนุภาค
เรียกว่า โปรตอน
และส่วนใหญ่แล้ว
จะมีอนุภาคที่มีค่าประจุเป็นกลางที่เรียกว่า นิวตรอน อยู่จำนวนหนึ่ง
แกนกลางนั้นถูกห้อมล้อม
ด้วยอนุภาคประจุลบที่เรียกว่าอิเล็กตรอน
ตัวตนของอะตอมนั้นถูกกำหนด
โดยจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียส
ไฮโดนเจนเป็นไฮโดรเจนเพราะว่ามันมีเพียงหนึ่งโปรตอน
คาร์บอนเป็นคาร์บอนเพราะว่ามันมีหกโปรตอน
ทองเป็นทองเพราะว่ามันมี 79 โปรตอน
และอะไรแบบนั้น
ให้ผมดื่มด่ำกับเรื่องนอกประเด็นสักครู่นะครับ
เราจะรู้ได้อย่างไรเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม
พวกเราไม่เห็นโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
ดังนั้น เราทำการทดลอง
และพัฒนาแบบจำลองสำหรับสิ่งที่เราคิดว่าอยู่ตรงนั้น
จากนั้นเราทำการทดลองอีก
และดูว่าพวกมันเข้ากันกับแบบจำลองหรือไม่
ถ้ามันเข้ากันได้ ก็เยี่ยมเลย
ถ้ามันไม่ มันก็อาจถึงเวลาสำหรับแบบจำลองใหม่
พวกเรามีแบบจำลองต่างๆมากมายสำหรับอะตอม
ตั้งแต่สมัยดีโมครีตุส (Democritus) ในช่วง 400 ปีก่อนคริสตกาล
และมันก็เกือบจะแน่นอนเลยว่า
มันจะยังมีแบบจำลองใหม่มาเรื่อยๆ
เอาล่ะ จบเรื่องนอกประเด็นแล้ว
แก่นในของอะตอมมักจะเกาะอยู่ด้วยกัน
แต่อิเล็กตรอนนั้นเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
และนั้นเป็นเหตุว่าทำไมนักเคมีถึงได้ชอบอิเล็กตรอน
ถ้าพวกเราแต่งงานกับพวกมันได้นะ
พวกเราคงแต่งไปแล้ว
แต่อิเล็กตรอนนั้นแปลกประหลาด
พวกมันมีพฤติกรรมเป็นได้ทั้งอนุภาค
เหมือนกับลูกเบสบอล
หรือเป็นคลื่น เหมือนกับคลื่นน้ำ
ขึ้นอยู่กับการทดลองที่เราทำ
หนึ่งในสิ่งที่ประหลาดที่สุดสำหรับอิเล็กตรอนก็คือ
พวกเราไม่สามารถบอกได้อย่างชัดๆ ว่าพวกมันอยู่ตรงไหน
มันไม่ใช่ว่าเราไม่มีอุปกรณ์
มันเป็นเพราะว่าความไม่แน่นอนนี้
เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองของอิเล็กตรอน
ดังนั้น พวกเราไม่สามารถที่จะบ่งชี้ได้ชัด เอาเหอะ
แต่เราสามารถบอกได้ถึงความน่าจะเป็น
ในการที่จะพบอิเล็กตรอนในพื้นที่หนึ่ง
รอบๆนิวเคลียส
และนั้นหมายความว่าเราสามารถถามคำถามดังนี้:
ถ้าเราวาดรูปทรงรอบๆนิวเคลียส
ซึ่งจะทำให้เรามั่นใจได้ 95%
ว่าจะพบอิเล็กตรอนในรูปทรงนั้น
รูปทรงที่ว่าควรมีหน้าตาอย่างไร
นี่เป็นรูปร่างบางรูป
นักเคมีเรียกพวกมันว่า ออร์บิทัล (orbital)
และพวกมันหน้าตาต่างกันไป
ขึ้นอยู่กับหลายๆปัจจัย หนึ่งในนั้นก็คือว่า
มันมีพลังงานมากแค่ไหน
ยิ่งมันมีพลังงานมาก
ความหนาแน่นส่วนใหญ่ของมันยิ่งอยู่ห่างออกไปมาก
จากนิวเคลียส
แต่จะว่าไปนะ ทำไมเราต้องเลือก 95%
ไม่ 100%
อืม มันมีจุดพลิกแพลงอีกอย่าง
ในแบบจำลองอิเล็กตรอนของเรานี้
เมื่อระยะห่างจากนิวเคลียสผ่านจุดหนึ่งไปแล้ว
ความน่าจะเป็นในการพบอิเล็กตรอนนั้น
จะเริ่มลดลง
เกือบที่จะเป็นแบบเอกซ์โพเนนเชียล
ซึ่งหมายถึงว่า ระหว่างที่มันเข้าใกล้ศูนย์
มันจะไม่มีวันอยู่ที่ศูนย์จริงๆ
ดังนั้น ในทุกอะตอม
มันมีความน่าจะเป็นที่น้อยมากๆ แต่ก็ไม่ถึงกับศูนย์
ในช่วงเวลาหนึ่งๆ ที่สั้นมากๆ
หนึ่งในเหล่าอิเล็กตรอนของมัน
อยู่ที่อีกมุมหนึ่งของเอกภพที่เรารู้จัก
แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว อิเล็กตรอนอยู่ใกล้ๆกับนิวเคลียสของพวกมัน
ดั่งเมฆความหนาแน่นของประจุลบ
ที่เคลื่อนและย้ายไปตามเวลา
การที่อิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่ง
มีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนจากอีกอะตอมนั้น
กำหนดเกือบจะทุกสิ่งทุกอย่าง
อะตอมสามารถที่จะให้ (จ่าย) อิเล็กตรอน
ให้กับอะตอมอื่น
หรือพวกมันสามารถที่จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
และพลวัตของเครือข่ายทางสังคมนี้
เป็นอะไรที่ทำให้เคมีเป็นวิชาที่น่าสนใจ
จากหินเก่าๆแสนธรรมดา
ไปจนถึงชีวิตอันซับซ้อนแสนวิจิตร
ธรรมชาติของทุกอย่างที่เราเห็น
ได้ยิน
ได้รับรส
ได้กลิ่น
ได้สัมผัส
และแม้กระทั่งได้รู้สึก
ได้ถูกกำหนดในระดับอะตอม